细胞生物学发展简史

第二节　细胞生物学发展简史

一、细胞学说

1665年，Robert Hooke在用自己创制的简陋显微镜观察木栓薄片时发现了细胞(图1-1)，命名为cell(希腊文kytos，小室;拉丁文cella，空的间隙)。1674年还进一步观察到纤毛虫、细菌、精子等自由活动的细胞。在延续一个多世纪之后，由植物学家Matthias Jacob Schleiden(1838)和动物学家Theodar Schwann(1839)综合了植物与动物组织中的细胞结构，归纳成细胞学说(cell theory)(图1-2)。在当时这一学说对生物科学各个领域的影响都很大，人们几乎不能想象差别如此巨大的虫鱼鸟兽、花草、树木，甚至人类，居然都有着共同的细胞基础。

图1- 1　Robert Hooke用其发明的显微镜发现了细胞

图1-2　植物学家Matthias Jacob Schleiden和动物学家Theodar Schwann

Brown(1831)发现一切细胞都有细胞核;Purkinje(1839)提出原生质这一术语，乃为细胞化学成分的总称。Schulze(1861)把细胞描述为“细胞是赋有生命特征的一团原生质，其中有一个核”。

细胞病理学家Virchow(1855)提出的名言“一切细胞只能来自原来的细胞”是细胞学说的重要发展，他提出了生物体的繁殖主要是由于细胞分裂的观点。

Flemming(1880)采用固定和染色的方法，在光学显微镜(简称光镜)下观察细胞的形态、结构，发现了细胞的延续是通过有丝分裂进行的，在分裂过程中有染色体形成，接着在光镜下相继地观察到线粒体、中心体和高尔基复合体等细胞器。

胚胎发育开始于精卵结合即受精，它是Hertwig(1875)作出的另一重大发现。19世纪末，又发现了性细胞形成过程中的减数分裂现象，通过减数分裂可以保持各物种染色体数目的稳定。

综合以上发现，Hertwig(1892)在他的《细胞和组织》一书中写道:“各种生命现象都建立在细胞特点的基础上”。他的著作标志着细胞学(cytology)已成为一门生物学科。至此，对于细胞的概念已经进一步发展，归纳为以下几点:①细胞是所有生物体的形态和功能单位;②生物体的特性决定于构成它们的各个细胞;③地球上现存的细胞均来自细胞，以保持遗传物质的连续性;④细胞是生命的最小单位。

但在这一阶段，由于方法上局限性，对细胞的研究只停留在形态观察上，对功能的研究则少有进展。

二、多学科渗透

多学科渗透是现代科学，特别是生命科学发展的一大特点。以2003年度的诺贝尔奖为例可以清楚地看出这一点:2003年度的诺贝尔奖生理和医学奖授予了物理学家Paul C．Lauterbur与Sir Peter Mansfield，以表彰他们在核磁共振领域所做的工作。他们的发现使得现代核磁共振诊断手段的产生，这一方法可以产生人体器官的三维图像，使潜伏的疾病得以发现，这是物理学与医学结合的成果;与此同时，约翰·霍普金斯大学医学院教授Peter Agre的研究发现了细胞膜上存在水通道(water channel)，洛克菲勒大学医学院教授Roderick Mackinnon对细胞离子通道结构和机制的研究取得了大量的成就，这些对于治疗许多与肾脏、心脏、肌肉和神经系统有关的疾病十分重要，因此这两位医学院的教授获得了2003年度的诺贝尔化学奖。

事实上，从20世纪初至中叶的这一阶段里，细胞学的主要特点是与生物科学的相邻学科之间的相互渗透，其中尤其与遗传学、生理学和生物化学的结合，并采用了多种实验手段，对细胞的遗传学(主要是染色体在细胞分裂周期中的行为)、细胞的生理功能和细胞的化学组成作了大量的研究，对细胞运动、细胞膜的特性、细胞的生长、细胞分泌、细胞内的新陈代谢和能量代谢等提出了新的观点。这一阶段的细胞研究已逐步由纯形态的细胞学阶段发展为细胞生物学阶段;20世纪中叶之后的年代里，细胞生物学的发展还得到了非生物学科的支持，如物理学、化学、计算科学等。

三、电子显微镜及分子生物学的结合

进入到20世纪50年代，电子显微镜(简称电镜)技术和分子生物学技术被用于细胞的研究中。在过去的研究中，由于技术上的局限，很难研究细胞内部复杂的结构成分，电镜的出现与应用使观察细胞内部亚微结构成为可能，从而使细胞生物学的研究进入一个崭新的领域;另一方面，自从50年代Watson和Crick阐明了DNA分子的双螺旋模型以后，对基因的结构、基因的表达及表达的调控、基因产物如何控制细胞的活动有了越来越多的阐明，有关细胞内信号转导、物质在细胞内转运、细胞增殖的调控以及细胞衰老与死亡机制的不断积累，所有这些都使细胞的研究进入了全新的境界，即从分子角度、亚细胞角度探讨细胞的生物学功能，由此细胞生物学已发展成为分子细胞生物学(molecular cell biology)。

综上所述，细胞学研究经历从细胞学说的确立、细胞形态的描述到从分子和亚细胞角度全面研究细胞生物学功能的漫长阶段。展望未来，细胞的研究将进一步揭示生命的基本特征，并广泛用于工业、农业、环境和医学卫生等各领域。